畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）PLC機(jī)械手設(shè)計(jì)1

1、第 19 頁 共 23 頁摘 要當(dāng)面臨人工無法實(shí)現(xiàn)的工作時，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。在工業(yè)生產(chǎn)和其他領(lǐng)域內(nèi)，由于工作的需要，人們經(jīng)常受到高溫、腐蝕及有毒氣體等因素的危害，增加了工人的勞動強(qiáng)度，甚至于危機(jī)生命。機(jī)械手就在這樣誕生了,機(jī)械手是工業(yè)機(jī) 器人系統(tǒng)中傳統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是機(jī)器人的關(guān)鍵部件之一。機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機(jī)械手的安

2、全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識，同時對其要求也越來越高。可編程控制器憑其穩(wěn)定性，簡單性，強(qiáng)大性成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動化支柱之一。關(guān)鍵詞：數(shù)控；自動裝卸；機(jī)械手；plc- i -abstract（英文摘要）when faced with the work of man can not be achieved when the robot has become a substitute artificial substitutes. in industrial production and other areas, due to the needs of work, often by h

3、igh temperatures, corrosive and toxic gas hazards and other factors, an increase of labor intensity, and even life crisis. manipulator was born in this way, the industrial robot manipulator system, the traditional task of implementing agencies, is one of the key components of the robot. the use of m

4、echanical hand can significantly improve production efficiency and reduce waste caused by human factors defective rate. robots can do a lot of work, it is used in the automated plant in the transportation of materials in a variety of process operation. it is characterized by a variety of programming

5、 to complete the desired operation, structure and performance in both parts of the robot and the advantages of flexibility in particular, who embodies the precise coordination and place robot. with the development of science and technology, people robot safety, reliability, accuracy with a full unde

6、rstanding, while also increasing their demands. programmable controller by virtue of their stability, simplicity, robustness has become the most widely used one of the pillars of industrial automation.key words：nc; automatic loading and unloading; mechanical hand; plc- 19 -目 錄摘 要iabstract（英文摘要）ii第1章

7、 緒論11.1課題背景11.2機(jī)械手的發(fā)展11.3 plc的發(fā)展概況21.4 可編程控制器的產(chǎn)生21.5 plc的定義21.6 plc的特點(diǎn)31.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義4第2章 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的確定52.1機(jī)械手的概述52.1.1機(jī)械手的組成52.1.2機(jī)械手的主要參數(shù)62.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義62.2機(jī)械手采用plc控制的優(yōu)點(diǎn)7第3章 控制系統(tǒng)83.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟83.2 控制系統(tǒng)的要求83.3 系統(tǒng)及原理103.4 plc的概述103.5 plc的選擇113.6 i/o接線圖113.7 plc梯形圖123.8 plc控制程序133.9 系統(tǒng)工作過程14參考文獻(xiàn)17致 謝18致 謝18

8、第1章 緒論1.1課題背景機(jī)械手是在自動化生產(chǎn)過程中使用的一種具有抓取和移動工件功能的自動化裝置，它是在機(jī)械化、自動化生產(chǎn)過程中發(fā)展起來的一種新型裝置。近年來，隨著電子技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人的研制和生產(chǎn)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)迅速發(fā)展起來的一門 新興技術(shù)，它更加促進(jìn)了機(jī)械手的發(fā)展，使得機(jī)械手能更好地實(shí)現(xiàn) 與機(jī)械化和自動化的有機(jī)結(jié)合。機(jī)械手能代替人類完成危險、重復(fù)枯燥的工作，減輕人類勞動強(qiáng)度，提高勞動生產(chǎn)力。機(jī)械手越來越廣泛的得到了應(yīng)用，在機(jī)械行業(yè)中它可用于零部件組裝 ，加工工件 的搬運(yùn)、裝卸，特別是在自動化數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床上使用更普遍。目前，機(jī)械手已發(fā)展成為柔性制造系統(tǒng) fms 和

9、柔性制造單元 fmc 中一個重要組成部分。把機(jī)床設(shè)備和機(jī)械手共同構(gòu)成一個柔性加工系統(tǒng)或柔性制造單元，它適應(yīng)于中、小批量生產(chǎn)，可以節(jié)省龐大的工件輸送裝置，結(jié)構(gòu)緊湊，而且適應(yīng)性很強(qiáng)。當(dāng)工件變更時，柔性生產(chǎn)系統(tǒng)很容易改變，有利于企業(yè)不斷更新適銷對路的品種，提高產(chǎn)品質(zhì)量，更好地適應(yīng)市場競爭的需要。而目前我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其工程應(yīng)用的水平和國外比還有一定的距離，應(yīng)用規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化水平低，機(jī)械手的研究和開發(fā)直接影響到我國自動化生產(chǎn)水平的提高，從經(jīng)濟(jì)上、技術(shù)上考慮都是十分必要的。因此，進(jìn)行機(jī)械手的研究設(shè)計(jì)是非常有意義的。1.2機(jī)械手的發(fā)展機(jī)械手一般為三類：一是不需要人工控制的通用型機(jī)械手。它是不屬于其他主

10、機(jī)的獨(dú)立裝置?？梢愿鶕?jù)任務(wù)需要編制獨(dú)立程序完成各項(xiàng)規(guī)定操作。它的特點(diǎn)是具備不同裝置的性能之外還具備通用機(jī)械及記憶功能的三元型機(jī)械。二是需要人工操作的，起源于原子，軍事工業(yè)。先是通過操作完成特定工序，后來逐步發(fā)展到無線遙控操作。第三類是專用機(jī)械手，通常依附于自動生產(chǎn)線上，用于機(jī)床的上下料和裝卸工件。這種機(jī)械手國外叫做“mechanical hand”。它由主機(jī)驅(qū)動來服務(wù)，工作程序固定，一半是專用的。機(jī)械手首先是在美國開始研制。第一臺機(jī)械手是在1958年美國聯(lián)合控制公司研究制作出來的。結(jié)構(gòu)是：主機(jī)安裝一個回轉(zhuǎn)長臂，長臂頂端有電磁 抓放機(jī)構(gòu)。日本在工業(yè)上應(yīng)用機(jī)械手最多，發(fā)展最快的國家，自1969年從

11、美國引進(jìn)兩種機(jī)械手后開始大力研發(fā)機(jī)械手。前蘇聯(lián)自六十年代開始發(fā)展和應(yīng)用，自1977年，前蘇聯(lián)使用的機(jī)械手一半來自國產(chǎn)一半來自進(jìn)口?，F(xiàn)代工業(yè)中，自動化在生產(chǎn)過程中已日趨突出，機(jī)械手就是在機(jī)械工業(yè)中為實(shí)現(xiàn)加工、裝配、搬運(yùn)等工序的自動化而產(chǎn)生的。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，機(jī)械手的出現(xiàn)大大減輕了人類的勞動，提高了生產(chǎn)效率。采用機(jī)械手已為目前研究的熱重點(diǎn)。目前機(jī)械手在工業(yè)上主要用于機(jī)床加工、鑄造，熱處理等方面，但是還不能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求。1.3 plc的發(fā)展概況可編程控制器是在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和繼電器控制技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)上開發(fā) 起來的，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。它以微處理器為核心，用編寫的

12、程 序進(jìn)行邏輯控制、定時、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等，并通過數(shù)字量和模擬量的輸入/輸出來 控制機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。1.4 可編程控制器的產(chǎn)生plc 是在激烈的市場競爭中產(chǎn)生的，20 世紀(jì)60 年代末，美國汽車制造業(yè)競爭激 烈。為適應(yīng)生產(chǎn)工藝不斷更新的需要，美國通用汽車公司（gm）對控制系統(tǒng)提出要 求為：（1）能替代各種繼電器、定時器、接觸器及其主令電器等按一定的邏輯關(guān)系 用導(dǎo)線連接起來的控制系統(tǒng)，既傳統(tǒng)的繼電接觸器控制，它簡單易懂，價格低廉， 能夠滿足生產(chǎn)工藝改動頻繁的需要；（2）編程簡單；（3）模塊式結(jié)構(gòu)；輸入、輸出 電壓是交流115v（美國標(biāo)準(zhǔn)），輸出能直接驅(qū)動繼電器和電磁閥；（4）抗電磁干擾強(qiáng)；（

13、5）具有數(shù)據(jù)通信功能。就是把繼電器控制的優(yōu)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的功能齊全、靈 活性、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)結(jié)合起來，用計(jì)算機(jī)的編程軟件邏輯易于修改來代替繼電 接觸器控制的硬接線邏輯不易修改。美國數(shù)字設(shè)備公司（dec）在 1969 年根據(jù)上述 要求，研制出世界上首臺可編程控制器，并在美國通用汽車公司的汽車裝配線上應(yīng) 用成功，實(shí)現(xiàn)裝配線的自動控制。1.5 plc的定義plc問世以來，盡管時間不長，但發(fā)展迅速。為了使其生產(chǎn)和發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)化，美國 電氣制造商協(xié)會nema（national electrical manufactory association）經(jīng)過四年 的調(diào)查工作，于1984 年首先將其正式命名為pc（pro

14、grammable controller），并給 pc 作了如下定義： “pc 是一個數(shù)字式的電子裝置，它使用了可編程序的記憶體儲存指令。用來執(zhí) 行諸如邏輯，順序，計(jì)時，計(jì)數(shù)與演算等功能，并通過數(shù)字或類似的輸入/輸出模塊， 以控制各種機(jī)械或工作程序。一部數(shù)字電子計(jì)算機(jī)若是從事執(zhí)行pc 之功能被視為pc，但不包括鼓式或類似的機(jī)械式順序控制器?！?以后國際電工委員會(iec)又先后頒布了 plc 標(biāo)準(zhǔn)的草案第一稿，第二稿,并在 1987 年2 月通過了對它的定義：“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì) 的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順

15、序控制， 定時，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種 類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。可編程控制器及其有關(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系 5 統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)?！?總之，可編程控制器是一臺計(jì)算機(jī)，它是專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的計(jì)算 機(jī)。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強(qiáng)的驅(qū)動能力。但可編程控制器產(chǎn)品 并不針對某一具體工業(yè)應(yīng)用，在實(shí)際應(yīng)用時，其硬件需根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選用配置， 其軟件需根據(jù)控制要求進(jìn)行設(shè)計(jì)編制。 1.6 plc的特點(diǎn) 高可靠性1）所有的i/o 接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與plc 內(nèi)部電路 之間電氣上隔離。 2）

16、各輸入端均采用r-c 濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為1020ms。 3）各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。4）采用性能優(yōu)良的開關(guān)電源。5）對采用的器件進(jìn)行嚴(yán)格的篩選。 6）良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，cpu 立即采用 有效措施，以防止故障擴(kuò)大。7）大型plc 還可以采用由雙cpu 構(gòu)成冗余系統(tǒng)或有三cpu 構(gòu)成表決系統(tǒng),使可 靠性更進(jìn)一步提高。 豐富的i/o 接口模塊 plc 針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如：交流或直流；開關(guān)量或模擬量；電壓或電流； 脈沖或電位； 強(qiáng)電或弱電等。有相應(yīng)的i/o 模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設(shè)備，如：按 鈕；行程開關(guān)；接近開關(guān)；傳感器及變送器；電

17、磁線圈；控制閥等直接連接。 采用模塊化結(jié)構(gòu) 為了適應(yīng)各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型 plc 以外，絕大多數(shù) plc 均采 用模塊化結(jié)構(gòu)。plc 的各個部件，包括 cpu，電源，i/o 等均采用模塊化設(shè)計(jì)，由機(jī) 架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。 編程簡單易學(xué) plc 的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需 要具備計(jì)算機(jī)的專門知識，因此很容易被一般工程技術(shù)人員所理解和掌握。 安裝簡單，維修方便 plc 不需要專門的機(jī)房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運(yùn)行。使用時只需將現(xiàn)場的 各種設(shè)備與 plc 相應(yīng)的 i/o 端相連接，即可投入運(yùn)行。各

18、種模塊上均有運(yùn)行和故障 指示裝置，便于用戶了解運(yùn)行情況和查找故障。1.7課題設(shè)計(jì)的目的和意義自改革開放，我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，機(jī)械手早期應(yīng)用在汽車制造業(yè)。當(dāng)面臨人工無法實(shí)現(xiàn)的工作時，機(jī)械手成為了替代人工的替代品。機(jī)械手的使用能夠顯著的提高生產(chǎn)效率，減少人為因素造成的廢次品率。機(jī)械手可以完成很多工作，它在自動化車間中用來運(yùn)送物料，從事多種工藝操作。它的特點(diǎn)是通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)器人的部分優(yōu)點(diǎn)，尤其體現(xiàn)了人的靈活協(xié)調(diào)和機(jī)器人的精確到位。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對機(jī)械手的安全性，可靠性，準(zhǔn)確性有了充分的認(rèn)識，同時對其要求也越來越高?？删幊炭刂破鲬{其穩(wěn)定性，簡單性，強(qiáng)大性

19、成為了目前應(yīng)用最廣的工業(yè)自動化支柱之一。本課題在執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動和液壓組成的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上將plc應(yīng)用于其自動控制系統(tǒng)，完成機(jī)械手系統(tǒng)的硬件及軟件設(shè)計(jì)。第2章 系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的確定2.1機(jī)械手的概述2.1.1機(jī)械手的組成機(jī)械手的形式是多樣的，但是其基本的組成都是相似的。一般機(jī)械手由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)，控制系統(tǒng)和輔助裝置組成。（圖2.1.1 機(jī)械手的組成及相互關(guān)系）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)由手、關(guān)節(jié)、手臂和支柱組成，與人體手臂相似。手為抓取機(jī)構(gòu)，用于抓取工件。關(guān)節(jié)是連接手與手臂的關(guān)鍵性原件，具有多方位旋轉(zhuǎn)特性。支柱用來支撐手臂，可做活動支柱方便機(jī)械手多方位移動。傳動機(jī)構(gòu)傳動機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。常用的有機(jī)

20、械傳動、液壓傳動、氣壓傳動，電力傳動等形式?？刂葡到y(tǒng)機(jī)械手按照制定的程序，步驟，參數(shù)進(jìn)行動作完成該指定工作要依靠控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。簡易機(jī)械手通常情況下不使用專用的控制系統(tǒng)，只有動作復(fù)雜的機(jī)械手采用可編程控制器，微型計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行動作。輔助裝置輔助裝置主要是連接機(jī)械手各部分元件的裝置。機(jī)械手按用途分類為：專用機(jī)械手、通用機(jī)械手。按照傳動方式分類為：液壓式機(jī)械手、氣動式機(jī)械手、機(jī)械式機(jī)械手和電動機(jī)械手。2.1.2機(jī)械手的主要參數(shù)傳動方式反應(yīng)速度尺寸和重量負(fù)荷能力控制方式操控范圍反應(yīng)速度定位自由度安全性實(shí)用性2.1.3應(yīng)用機(jī)械手的意義隨著科技的發(fā)展，機(jī)械手應(yīng)用的越來越多。在機(jī)械工業(yè)中，機(jī)械手應(yīng)用的意義

21、概括如下：提高生產(chǎn)過程自動化程度，增強(qiáng)生產(chǎn)效率。機(jī)械手方便與材料的傳送、工件的裝卸、刀具的更換等自動化過程，從而提高勞動生產(chǎn)率和降低勞動投入，從而降低生產(chǎn)成本。改善勞動條件在車間的勞動環(huán)境下，高溫、高壓、噪音、灰塵等污染會嚴(yán)重影響人的身體健康，人在車間工作不可避免的會接觸到危險，而應(yīng)用機(jī)械手可以替代人安全的完成作業(yè)，從而改善勞動條件。在一些簡單，重復(fù)的工作中以機(jī)械手代替人進(jìn)行工作可以避免因疲勞和疏忽造成的事故。減少人力資源，便于節(jié)奏生產(chǎn)。機(jī)械手的應(yīng)用增強(qiáng)了自動化生產(chǎn)，會減少人力的使用。機(jī)械手可以長時間重復(fù)性連續(xù)完成工作，這是人工無法實(shí)現(xiàn)并完成的。生產(chǎn)線增加使用機(jī)械手以減少人力和精準(zhǔn)的生產(chǎn)節(jié)拍，

22、有利于節(jié)奏性的工作生產(chǎn)。綜上所述，機(jī)械手的合理利用是機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。2.2機(jī)械手采用plc控制的優(yōu)點(diǎn)機(jī)械手不止有一種控制系統(tǒng)，一些控制系統(tǒng)或多或少會存在一些缺點(diǎn)，而這些缺點(diǎn)在自動化生產(chǎn)中會造成不可避免的損失。而plc控制的機(jī)械手在工業(yè)應(yīng)用上表現(xiàn)最為突出，我們從幾方面論述一下plc控制機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)?？刂品绞剑弘姎饪刂茖儆谟步泳€，邏輯一旦確定，要改變邏輯或增加功能非常困難；而plc控制是軟接線，改變控制程序即可實(shí)現(xiàn)邏輯的改變或增加功能。工作方式：電氣控制是并行工作，而plc是串行工作，不受制約?？刂扑俣龋弘姎饪刂扑俣嚷?，觸電易動；plc通過半導(dǎo)體控制，速度快，無觸點(diǎn)，無抖動?？煽啃阅埽弘姎?/p>

23、控制觸點(diǎn)多，會產(chǎn)生磨損和電弧燒傷，接線多，可靠性差；plc無觸點(diǎn)，壽命長，具有自診功能，執(zhí)行程序監(jiān)控，調(diào)試和維護(hù)方便。第3章 控制系統(tǒng)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本步驟機(jī)械手系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的主要步驟，如下圖2.3.1所示：（圖3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟圖）3.2 控制系統(tǒng)的要求機(jī)械手動作過程：自原點(diǎn)起，按下啟動按鈕，下降電磁閥通電，機(jī)械手開始下降。當(dāng)機(jī)械手下降碰到限位開關(guān)時，下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊，上升電磁閥通電，機(jī)械手開始上升，直至碰到上限開關(guān)，上升電磁閥斷電停止上升。使用伺服電機(jī)控制機(jī)械手開始旋轉(zhuǎn)，180后機(jī)械手停止旋轉(zhuǎn)。接通右移電磁閥使機(jī)械手向右移動直至碰到右限位

24、開關(guān)，右移電磁閥斷電，機(jī)械手停止右移。左工作臺無物料時光電開關(guān)接通，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。直至碰到下限位開關(guān)，下降電磁閥斷電，機(jī)械手停止下降，同時夾緊電磁閥斷電機(jī)械手放松，完成物料搬送。機(jī)械手放松后上升電磁閥通電使機(jī)械手開始上升，碰到上限位開關(guān)上升電磁閥斷電，上升停止；接通左移電磁閥，機(jī)械手左移，碰到左限位開關(guān)，機(jī)械手停止左移，機(jī)械手底座旋轉(zhuǎn)180回到原點(diǎn)，完成一周期動作。(圖3.2.1 機(jī)械手動作簡圖)（圖3.2.2 機(jī)械手抓放運(yùn)送功能）3.3 系統(tǒng)及原理（圖3.3 控制系統(tǒng)原理圖）3.4 plc的概述plc 是可編程控制器的簡稱。plc 源于繼電器控制技術(shù)，通過運(yùn)行存儲在其 內(nèi)存中的

25、程序，把經(jīng)輸入電路的物理過程得到的輸入信息，變換為所需要的輸出信息，進(jìn)而再通過輸出電路的物理過程去實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的控制。plc基于電子計(jì)算機(jī)，但并不等同于普通計(jì)算機(jī)。普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行輸入輸出信息變換時，大多只考慮信息本身，信息輸入輸出的物理過程一般不考慮的。而 plc 則要考慮信息輸入 輸出的可靠性、實(shí)時性，以及信息的實(shí)際使用，特別要考慮怎么適應(yīng)于工作環(huán)境，比如，便于安裝，便于維護(hù)及抗干擾等問題，輸入輸出信息變換及可靠的物理實(shí) 現(xiàn)，可以說是plc實(shí)現(xiàn)控制的兩個基本要點(diǎn)。plc可以通過它的外設(shè)或通信接口與外界交換信息。它的功能要比繼電器控制裝置多得多，也強(qiáng)得多。根據(jù)plc豐富的指令系統(tǒng)，各種各樣的i/

26、o 接口、通信接口，大容量的內(nèi)存，可靠的自身監(jiān)控系統(tǒng)，可以知道plc 的基本功能：邏輯處理功能；數(shù)據(jù)運(yùn)算功能；準(zhǔn)確定時功能；高速計(jì)數(shù)功能；中斷處理功能；程序與數(shù)據(jù)存儲功能；聯(lián)網(wǎng)通信 功能；自檢測、自診斷功能。plc 把這些功能集于一身，是別的電控器所沒有的，也是傳統(tǒng)的繼電器控制電路所無法比擬的。plc 豐富的功能為它的廣泛運(yùn)用提供 了可能。3.5 plc的選擇在對本設(shè)計(jì)所需要的 plc 進(jìn)行選擇時要考慮很多方面，主要依據(jù)機(jī)械手控制系統(tǒng)工作過程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求，詳細(xì)分析工作過程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍，確定所需要的操作和動作，然后根據(jù)控制要求估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)，確定所需要存儲器的容量、

27、plc 的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的plc 和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。 （一）輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算很重要，在估算時要考慮到適當(dāng)?shù)挠嗔?，通常在統(tǒng)計(jì)的 輸入輸出點(diǎn)數(shù)基礎(chǔ)上增加10%-20%的余量，這就有利于plc 有效控制。 （二）存儲器容量估算可變程序控制器本身提供的硬件存儲單元大小就是存儲器容量，它是存儲器控制系統(tǒng)硬件的選擇中用戶應(yīng)用項(xiàng)目使用的存儲單元的大小，由此可以看出存儲器的容量大于程序容量。由于程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需要程序調(diào)試后才知道，所以要對存儲器的容量進(jìn)行估算。在估算時沒有固定的公式，本課題設(shè)計(jì)的存儲容量選擇能存儲2500條梯形圖，這才有足夠的

28、空間供設(shè)計(jì)需要。 （三）plc 控制功能的選擇 plc 的控制功能有很多，包括運(yùn)算功能、控制功能、通信功能、編程功能、診斷功能和處理速度等。本課題設(shè)計(jì)的機(jī)械手在控制功能的選擇上并沒有包含完 plc 的所有功能，但是有幾項(xiàng)主要的功能是這次設(shè)計(jì)必須的。 第一個就是控制功能，可編程控制器主要用于順序邏輯控制，所以很多場合 采用單回路或多回路控制器解決模擬量的控制。其次是編程功能，這是每個 plc 都必不可少的部分，編程功能又可以分為離線編程方式和在線編程方式兩種。在 離線編程時可以降低系統(tǒng)成本，但是使用和調(diào)試不方便。而在線編程成本高，但 系統(tǒng)調(diào)試和操作方便。再一個功能就是診斷功能，plc 的診斷功能

29、包括硬件和軟 件診斷。硬件診斷通過硬件的邏輯判斷確定硬件的故障位置，軟件診斷又分為內(nèi) 診斷和外診斷。plc 的診斷功能的強(qiáng)弱，直接影響對操作和維護(hù)人員技術(shù)能力的 要求。 （四）可編程控制器機(jī)型的選擇 可編程控制器的種類繁多，型號各異，要選出適合本設(shè)計(jì)的 plc 產(chǎn)品就要通 過對輸入和輸出點(diǎn)數(shù)的選擇、對存儲容量的選擇、對響應(yīng)時間的選擇以及負(fù)載情況等進(jìn)行分析。最后我決定使用三菱公司生產(chǎn)的fx 系列的fx2n-48mr 型號的可編程控制器作為機(jī)械手的控制器。3.6 i/o接線圖系統(tǒng)的控制電路設(shè)計(jì)主要是 plc 的輸入、輸出接線圖設(shè)計(jì)，根據(jù)機(jī)械手的動 作過程和控制要求，確定 plc 的型號和傳感器，合

30、理分配輸入、輸出點(diǎn)，得到系 統(tǒng)的plc 輸入、輸出接線圖，如圖3.6 所示。（圖3.6 系統(tǒng)i/o接線圖）3.7 plc梯形圖plc 梯形圖是使用得最多的圖形編程語言，被稱為plc 的第一編程語言。梯形圖的最大優(yōu)點(diǎn)就是直觀易懂，很容易被電氣工人掌握，非常適合開關(guān)量邏輯控 制。plc 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱，如輸入繼電器、輸出繼電器等，它們不是真實(shí)的物理繼電器，而是一些存儲單元，每一次繼電器與plc 存儲器中映像寄存器的一個存儲單元相對應(yīng)。梯形圖兩側(cè)的垂直公共線稱為母線，在分析梯形圖的邏輯關(guān)系時，為了借用繼電器電路圖的分析方法，可以想象左右兩側(cè)母線之間有一個左正右負(fù)的直流電

31、源電壓，母線之間有能流從左向右流動，右母線可以不畫出。根據(jù)梯形圖中各觸 點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件的狀態(tài)，稱為梯形圖的邏輯解算。梯形圖中邏輯解算是按從左至右、從上到下的順序進(jìn)行的。邏輯解算是根據(jù)輸入映像寄存器中的值，而不是根據(jù)解算瞬時外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的。3.8 plc控制程序本設(shè)計(jì)的工作方式可以分為自動和手動兩種，其控制程序可分為自動控制程 序和手動控制程序兩種模塊。每個模塊都是分開編寫，結(jié)構(gòu)清晰，便于調(diào)試和修 改。本設(shè)計(jì)的自動工作方式中，機(jī)械手的各種運(yùn)動是以開關(guān)量作為轉(zhuǎn)移信號，按照所設(shè)計(jì)的工藝流程一步一步的進(jìn)行，控制過程為順序循環(huán)控制，可選擇 stl 步 進(jìn)順

32、序控制方式，即采用步進(jìn)順序控制指令對其編程，這樣可使程序簡化，提高 編程效率，為程序的調(diào)試、試運(yùn)行帶來很多方便。 機(jī)械手完成一個物件的搬運(yùn)、回到原位、夾板處于放松狀態(tài)時，就為下一個 物件的搬運(yùn)做好準(zhǔn)備。當(dāng)搬運(yùn)到位時，sq1 就發(fā)出啟動指令，進(jìn)入新的一輪循環(huán)。 ya1 是單電兩位四通電磁閥的電磁線圈，為了安全，設(shè)計(jì)要求它在失電時機(jī)械手仍處于夾緊狀態(tài)，得電時才張開夾板。所以，開機(jī)時用set 指令，將y004 置1， ya1 便帶電，機(jī)械手張開。本設(shè)計(jì)的自動控制系統(tǒng)控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3.8.1 所示。 （圖3.8.1 系統(tǒng)自動控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖）自動控制程序就是編好程序后，按啟動按鈕就行。而手動控制程序

33、則用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械手升降、夾板夾緊放松、機(jī)械手旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動快慢的點(diǎn)動控制和狀態(tài)轉(zhuǎn)移。 當(dāng)機(jī)械手在工作中突然出現(xiàn)停電或系統(tǒng)發(fā)生故障時，可使機(jī)械手手動復(fù)位。本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)手動控制程序梯形圖如圖3.8.2 所示。（圖3.8.2 手動控制程序梯形圖）3.9 系統(tǒng)工作過程本設(shè)計(jì)是由plc作為控制系統(tǒng)、氣缸作為驅(qū)動的機(jī)械手，而設(shè)計(jì)的機(jī)械手主要用于搬運(yùn)物件，通過機(jī)械手上升、下降、夾緊、放松、左移、右移以及旋轉(zhuǎn)這些動作過程來完成物件的搬運(yùn)。程序設(shè)定從原點(diǎn)開始，按下啟動按鈕，程序進(jìn)入自動控制狀態(tài)。機(jī)械手下降，碰到下限位開關(guān)時，機(jī)械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機(jī)械手夾緊。夾緊后，機(jī)械手開始上升，碰到上限位開關(guān)，上升

34、隨即停止。此時機(jī)械手的機(jī)座開始旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)停止后；機(jī)械手開始伸出機(jī)械手臂，機(jī)械手右移。右移到位時，機(jī)械手右移停止。通過光電開關(guān)感應(yīng)，下降電磁閥通電，機(jī)械手下降。下降到底時，機(jī)械手停止；同時夾緊電磁閥斷電，機(jī)械手放松。這時候，已經(jīng)完成了物料的搬運(yùn)過程，但是機(jī)械手沒有回到初始位置，所以還有半個周期的動作過程。機(jī)械手把物件放松后，就開始上升。上升到頂時停止；同時機(jī)械手縮回機(jī)械手臂內(nèi)。左移到位時，碰到左限位開關(guān)，機(jī)械手停止左移。機(jī)械手的機(jī)座旋轉(zhuǎn)回到原點(diǎn)，至此，機(jī)械手完成一個周期的動作。plc 控制機(jī)械手的編程一般都是順序控制，一個動作的結(jié)束信號，是另一個動作的開始信號，當(dāng)動作到最后一步時，又循環(huán)到開始的第一步，進(jìn)入待定狀態(tài)。結(jié) 論本課題所設(shè)計(jì)的機(jī)械手的操作過程是由電動機(jī)和氣缸組成執(zhí)行機(jī)構(gòu)作為驅(qū)動